Ce este susținerea electromagnetică? La ce servește?
Ați auzit vreodată de trenurile Maglev din Japonia sau de Transrapid din Europa? Știți ce sunt trenurile cu levitație magnetică? Sunt trenuri care „plutesc” deasupra șinelor datorită unui câmp magnetic. Pentru a afla mai multe, descoperiți în acest articol tot ce trebuie să știți despre susținerea electromagnetică și despre rolul acesteia în lumea care ne înconjoară. Descoperiți, de asemenea, colecția noastră de globuri magnetice care utilizează aceeași energie.
Înțelegerea susținerii electromagnetice
În fizică și științe, există două concepte fundamentale privind principiul levitației: conceptul electromagnetic, generat de electro-magneți reglați, și conceptul electrodinamic , care se bazează pe forțele curenților induși. Susținerea electromagnetică este definită ca un mecanism care permite levitarea unui obiect cu ajutorul unui câmp magnetic. Forțele electromagnetice care acționează asupra acestui obiect îi permit să contracareze propria greutate și să plutească fără a cădea.
Mai concret, un obiect se află în stare de susținere electromagnetică atunci când acesta plutește deasupra unui suport magnetic fără a intra în contact cu acesta. O forță verticală orientată de jos în sus permite echilibrarea greutății acestui obiect/corp. Trenurile Transrapid din Germania sau din Shanghai sunt exemple concrete de susținere electromagnetică. În schimb, trenurile Maglev japoneze utilizează susținerea electrodinamică.
Cum funcționează susținerea electromagnetică?
Susținerea electromagnetică este posibilă datorită forțelor magnetice. Pentru a înțelege acest lucru, trebuie mai întâi să știm cum funcționează magneții. Este foarte simplu! Să pornim de la principiul că un magnet poate atrage sau respinge materiale feromagnetice în funcție de poziționarea polilor. Polii Nord și Nord se atrag, iar polii Nord și Sud se resping.
Mecanismul magnetic se produce atunci când magneții sunt activați alternativ (se atrag și se resping). Gravitația care acționează asupra obiectului în levitație este compensată de aceste forțe. Acest lucru permite menținerea unei distanțe constante între obiect și sol, evitând frecarea. De altfel, acest mecanism fără frecare permite deplasarea mai rapidă. Pentru a activa sistemul de levitație sau de susținere electromagnetică, se utilizează electro-magneți și supraconductori.
Electro-magneții
Un electromagnet este un magnet alimentat cu curent electric. Acesta permite transformarea energiei electrice în energie magnetică. Pentru aceasta, magnetul este alcătuit dintr-un miez de fier magnetic înconjurat de o bobină din fir conductor. Câmpul magnetic se produce atunci când curentul electric trece prin electromagnet. Datorită acestui principiu, electromagnetul dispune de o forță mecanică de atracție intensă. Acesta este motivul pentru care este utilizat în susținerea electromagnetică.
Supraconductoarele
Supraconductoarele sunt materiale capabile să conducă perfect curentul electric fără rezistență și fără pierderi de energie. Acesta este fenomenul supraconductivității. Acesta devine posibil prin răcirea materialului pentru a-l elibera de orice rezistență electrică.
Descoperit de fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes în 1911, fenomenul supraconductivității rămâne și astăzi o descoperire excepțională. Cu atât mai mult cu cât supraconductoarele dispun, în plus, de proprietăți magnetice excepționale. Astfel, ele pot levita fără probleme sub un magnet.
La ce servește susținerea electromagnetică?
După cum probabil ați observat deja mai sus, sustentația electromagnetică permite levitația unui obiect pe o suprafață magnetizată, fără ca acestea să se atingă. Dar, în plus, acest mecanism permite, de asemenea, accelerarea mișcării obiectului. Acesta este motivul pentru care principala aplicație a susținerii electromagnetice se regăsește în domeniul feroviar, în special pentru propulsia și levitația trenurilor, precum Transrapid-ul german sau Transrapid-ul din Shanghai.
Trenul cu susținere electromagnetică
Trenul cu susținere electromagnetică levitează exclusiv prin atracția polilor. Pentru aceasta, el este proiectat cu electro-magneți plasați pe partea inferioară, în paralel cu șinele. Șinele sunt, la rândul lor, prevăzute cu bare de fier laminate care intră în contact cu electro-magneții.
Se produce astfel un câmp electromagnetic fără ca electro-magneții și barele de fier să fie în contact. În plus, trenul se deplasează în levitație (adică nu se sprijină pe șine). Acesta atinge o viteză maximă de până la 150 km/h.
Avantajele trenurilor cu susținere electromagnetică
Dacă astăzi suspensia electromagnetică este foarte dezvoltată în cazul trenurilor, acest lucru se datorează în special faptului că prezintă mai multe avantaje:
- Acest mecanism permite trenurilor să se deplaseze cu viteză mare.
- De asemenea, permite reducerea poluării fonice cauzate de trecerea trenurilor pe șine (având în vedere că trenul în levitație nu va atinge șinele).
- Este un sistem curat și mai puțin poluant: trenul cu levitație electromagnetică nu emite fum și consumă foarte puține resurse energetice. Emisiile și pierderile electrice sunt reduse datorită supraconductorilor.
- Rezistența aerodinamică și viteza trenurilor nu provoacă daune ecosistemului.
Pe de altă parte, punerea în aplicare a acestui concept rămâne încă foarte costisitoare. Din acest motiv, există foarte puține trenuri cu susținere electromagnetică în lume.